KR20180033566A - 범용 접지 접촉 요소를 갖는 전류 흐름 측정용 센서 디바이스 - Google Patents

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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전류 흐름을 측정하기 위한 센서 디바이스에 관한 것이며, 센서 디바이스는,
- 전류 흐름을 측정하기 위한 센서 요소(2),
- 센서 요소(2)를 전류 소스에 연결하기 위한 제1 접촉 요소(3), 및
- 센서 요소(2)를 연결하는 접지에 접지 접촉 요소(4)로서, 제1 및 제2 전기 전도성 연결 요소(5, 6)들을 포함하는, 상기 접지 접촉 요소(4)를 갖고,
제1 연결 요소(5)는 구멍형 개구(7)를 가지며,
제2 연결 요소(6)는, 제2 연결 요소(6)가 제1 연결 요소(5)에 고정되도록 제1 연결 요소(5)의 구멍형 개구(7) 내로 가압될 수 있는 연결 지점(9)을 갖는다.

Description

범용 접지 접촉 요소를 갖는 전류 흐름 측정용 센서 디바이스
본 발명은 청구항 제1항에 따른 전류 흐름(current flow) 측정용 센서 디바이스에 관한 것이다.
많은 전자 제품에서, 전류를 정확하게 결정하거나 또는 측정하는 것이 필요하다. 이러한 측정은 예를 들어 홀 센서(Hall sensor) 또는 측정 저항기(measuring resistor)에 의해 수행될 수 있다. 또한 분로(shunt)로서 지칭되는 측정 저항기에 의한 측정 동안, 전류 강도는 공지된 측정 저항기를 가로지르는 전류 흐름의 경우에 발생하는 전압 강하에 의해 측정된다.
이러한 것에 대한 하나의 사용예는 차량 배터리의 상태 및 그 전류 흐름을 모니터하는 배터리 센서이다. 측정 저항기는 이러한 경우에 배터리 단자의 형태를 하는 접촉 요소와 케이블을 통해 차량 섀시에 연결된 접지 접촉 요소(ground contact element) 사이에 배열된다.
여기에서, 접지 접촉 요소는 인터페이스로서 접지 커넥터의 특정 변형에 적합하다. 그러나, 이러한 것은 접지 커넥터들의 다양한 변형으로 인해 배터리 센서, 특히 접지 접촉 요소의 물류 및 생산과 관련하여 높은 비용이 발생한다는 문제를 야기한다. 또한, 그 특정 인터페이스에 관하여, 특정 변형은 감소된 전도성을 보이거나 또는 보다 용이하게 파괴되거나 사용할 수 없게 될 수 있다. 종래의 접지 커넥터는 예를 들어 나사를 구비한 볼트를 갖는 커넥터, 및 접지 케이블이 연결된 금속 시트를 포함하는 커넥터를 포함한다.
문헌 US 2007/0025065 A1은 홀 원리(Hall principle)에 따라서 동작하는 전류 센서를 위한 체결 디바이스를 개시한다. 전류 센서는 배터리의 음극 단자와 접지 접촉 요소 사이에 끼워진다. 제1 단부에서 배터리의 음극 단자에 연결되는 접지 케이블은 그 제2 단부에서 링 형상의 케이블 돌기를 가진다. 링 형상 케이블 돌기는 나사 너트 체결 요소에 의해 상기 체결 요소에 클램핑다. 체결 요소의 조임의 결과로서, 스크루, 와셔, 접지 케이블의 케이블 돌기, 및 센서는 서로에 대해 가압된다. 여기에서, 체결 요소에 대한 접지 케이블의 전기 전도성 연결이 만들어진다. 또한, 체결 요소는 전기 전도성 방식으로 접지 접촉 요소에 연결된다. 홀 센서는 개구를 구비한 전기 절연성 하우징을 가진다. 체결 요소는 절연성 홀 센서 하우징의 개구 내로 압입된다. 전기 절연성 센서 하우징을 이용한 전기 전도성 체결 요소의 압입 끼워맞춤으로 인해, 홀 센서는 체결 요소에 기계적으로 체결된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 언급된 문제점을 제거하는 저렴하고 신뢰 가능한 센서 디바이스를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 바람직한 개선점은 종속항의 요지이며, 개선점은 참조에 의해 본 명세서의 요지에 포함된다.
본 발명에 따른 센서 디바이스는 모든 변형에 대하여, 제2 연결 요소가 압입에 의해 고정되는 구멍형 개구(hole-like opening)가 사용되는 것에서 접지 커넥터 또는 제2 연결 요소의 다른 변형에 대한 범용 인터페이스를 실현하는 것을 가능하게 한다. 이러한 것은 본 발명에 따른 센서 배열체(sensor arrangement)가 이러한 목적에 각각 적합한 센서 배열체에 대한 필요성없이 많은 상이하게 설계된 접지 커넥터 형태에 연결될 수 있기 때문에 고도의 모듈성을 산출한다. 또한, 제조 공정은 예를 들어 브레이징(brazing)과 같은 접합 방법을 생략하는 것이 가능하기 때문에 간단하고 저렴하다. 연결은 더욱 신뢰할 수 있으며, 압입의 결과로서 밀착 접촉으로 인해 양호한 전류 전도를 보장한다.
본 발명의 한 실시예에서, 제1 연결 요소의 구멍형 개구 및/또는 제2 연결 요소의 연결 지점은 서로의 안으로 국지적으로 가압될 수 있도록 변형된다. 이러한 것은 그 중에서도 제1 연결 요소의 연결 지점이 원형 윤곽을 가지는 것으로 달성될 수 있다. 이러한 것은 예를 들어 기본적으로 원형이지만 제2 연결 요소가 가압될 수 있는 불연속부들, 만입부(indentation)들 또는 국지적 볼록 부분(regional bulged portion)들을 가지는 윤곽을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 원형 윤곽에 의해, 특히 대응부로서 제2 연결 요소가 원형 윤곽을 가지면 간섭(interference)이 특히 용이하게 실현되는 것이 가능하다.
원형 윤곽은 바람직하게 원형 링 내에서 진행하지만 바람직하게 불균일성을 가지거나 또는 완전한 원형으로 진행하지 않는 윤곽을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 센서 디바이스는, 구멍형 개구의 윤곽이 서로 인접한 원형 세그먼트들에 의해 한정된 형상을 가지며, 상기 세그먼트들의 중앙 지점이 다각형의 모서리들에 놓이는 것으로 유익하게 개선된다. 그러므로, 제2 연결 요소의 연결 지점을 회전 방식으로 고정하는 프레싱 가장자리들이 구멍형 개구에 형성된다.
본 발명에 따른 센서 디바이스는 제2 연결 요소의 연결 지점이 탄성 또는 소성 변형 가능한 원통형 기본 형상을 가지는 것으로 바람직하게 개선된다. 이러한 것은 제1 연결 요소 내로의 용이한 압입 공정을 허용한다. 이러한 것은 예를 들어 제2 연결 요소에 대한 적절한 재료 선택 및/또는 연결 지점 또는 원형 링의 치수를 결정하는 것에 의해 실현될 수 있다.
본 발명에 따른 센서 디바이스의 추가의 유익한 실시예에서, 제2 연결 요소의 연결 지점은 연결 지점이 제1 연결 요소의 구멍형 개구의 윤곽의 형상을 전체적으로 또는 부분적으로 채택하는 것을 가능하게 하는 연성(ductility)을 보인다. 그러므로, 제2 연결 요소의 고정은 매우 신뢰 가능하게 만들어진다.
본 발명에 따른 센서 디바이스는 구멍형 개구 및/또는 연결 지점이 원추 형태인 것으로 유익하게 개선된다. 이러한 방식으로, 더욱 큰 반경 방향 접촉 압력이 경사면의 또는 자체 강화의 원리에 따라서 발생된다.
본 발명의 하나의 개선에 있어서, 센서 디바이스는 배터리 센서 유닛이다.
본 발명에 따른 센서 디바이스는 바람직하게 압입 방향에 직각으로, 연결 지점의 최대 범위가 적어도 구멍형 개구의 최소 범위에 대응하는 것으로 개선된다. 이러한 것은 압입 연결에 적절하다.
본 발명에 따른 센서 디바이스는 유익하게 개선된다.
제2 연결 요소의 연결 지점은 바람직하게 중공 원통체로서 형성된다. 그러므로, 중공 원통체 내의 압력 요소에 의해, 압입 공정을 지원하거나 또는 실행하는 힘 또는 압력이 중공 원통체의 내측에서 직접 발생되는 것이 가능하다. 그러므로, 압력 요소가 차후에 이러한 위치에 남아있으면, 내부 지지가 제공되기 때문에, 힘 또는 압력이 연결의 수명에 걸쳐서 격감되지 않는다.
중공 원통체가 그 내측의 리벳 또는 압입 볼트에 의해 제1 연결 요소를 이용하여 간섭 끼워맞춤 연결을 형성하면 바람직하다.
본 발명의 하나의 개선에 있어서, 중공 원통체는 암나사를 가진다.
바람직한 개선에 있어서, 접지 접촉 요소(4)는 중공 원통체의 암나사로의 스크루 또는 스크루-너트 연결을 가진다.
본 발명에 따른 센서 디바이스는 중공 원통체가 시트 금속 플랜지로서 형성되는 것으로 유익하게 개선된다.
추가의 유익한 개선에 있어서, 시트 금속 플랜지는 서로 가압하는 것(pressed-together)에 적절한 변형을 허용하는 벽 두께를 가지며 및/또는 서로 가압하는 것에 적절한 변형을 허용하는 슬롯들을 가진다.
본 발명에 따른 센서 디바이스는 제2 연결 요소의 연결 지점이 압입 방향으로 제1 연결 요소를 지나서 돌출하고, 그 돌출 영역에서 반경 방향 칼라(radial collar)로서 형성되는 것으로 유익하게 개선된다. 그러므로, 고정은 리벳 원리에 따라 또는 크림핑(crimping)에 의해 수행될 수 있다.
여기에서, 반경 방향 칼라는 바람직하게 제1 연결 요소를 지지한다.
본 발명에 따른 센서 디바이스의 추가의 유익한 실시예에서, 제2 연결 요소는 실질적으로 평평하거나 또는 원형인 형상을 가진다. 이러한 형상 변형은 통상적이며 제조가 용이하다.
본 발명은 4개의 예시적인 실시예 및 도면에 기초하여 다음에 더욱 상세히 설명 될 것이다. 도면에서, 각각의 경우에 개략적인 예시에서:
도 1은 종래 기술에 따른 센서 디바이스를 도시한 도면.
도 2a는 제1 예시적인 실시예의 구멍형 개구의 상세도.
도 2b는 예시 목적을 위해 점선으로 도시된 기하학적 형태를 구비한 도 2a의 도면.
도 3은 제1 예시적인 실시예에 따라서 본 발명에 따른 센서 디바이스의 접지 접촉 요소의 단면도.
도 4는 제3 예시적인 실시예에 따라서 본 발명에 따른 센서 디바이스의 접지 접촉 요소의 단면도.
도 5는 제4 예시적인 실시예에 따라서 본 발명에 따른 센서 디바이스의 접지 접촉 요소의 단면도.
도 1은 제1 접촉 요소(3), 센서 요소(2), 및 접지 접촉 요소(4)를 갖는 종래 기술에 따른 센서 디바이스(1)를 도시한다.
도시된 센서 디바이스(1)는 배터리의 전류 또는 전압을 검출하기 위하여 자동차의 배터리(도시되지 않음)에 연결된 배터리 센서 유닛이다.
배터리에 대한 연결은 단자 포스트의 형태를 하는 제1 접촉 요소(3)에 의해 실현되며, 단자 포스트는 이러한 목적을 위해 배터리의 단자가 끼워지는 내부 윤곽을 가지는 슬리브형 형태이다. 단자에 대한 단단한 연결을 보장하도록, 접촉 요소(3)는 클램핑 스크루(clamping screw)에 의해 조여질 수 있도록 설계된다.
도면에서, 측정 저항기의 형태를 하는 센서 요소(2)는 하우징에 의해 은폐되고, 배터리로부터 접지로의 전류 흐름이 가능하게 만들어지도록 접촉 요소(3) 및 접지 접촉 요소(4) 모두에 전기 전도성 형태로 연결된다.
접지 접촉 요소(4)는 나사를 구비하는 볼트(6a)를 포함한다. 접지 케이블은 너트에 의해 상기 형태의 볼트(6a)에 체결될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 접지 케이블은 예를 들어 볼트(6a)가 안내될 수 있는 구멍을 구비한 케이블 돌기를 가진다. 고정 목적을 위하여, 너트는 이어서 볼트(6a)의 나사에 나사 결합된다. 이러한 것은 지금까지의 몇몇 통상의 접속기 중 하나를 구성한다.
다음에 설명되는 본 발명에 따른 실시예는 저렴하게 생산되고 안전한 균일한 접속기를 동시에 사용하는 것을 가능하게 한다.
도 2a는 본 발명에 따른 센서 디바이스(1)의 접지 접촉 요소(4)의 제1 연결 요소(5)의 구멍형 개구(7)를 평면도로 도시한다. 윤곽(8)이 원형으로부터 벗어난 것을 알 수 있다. 윤곽(8)은 압입 연결 지점(9)의, 그러므로 제2 연결 요소(6)의 회전을 방지하는 3개의 프레싱 가장자리(12)를 포함한다. 멈춤쇠 가장자리 대신에, 윤곽의 내측은 돌기, 만곡부 또는 볼록형 돌출부가 형성될 수 있다. 그 외부 윤곽이 구멍형 개구(9)의 프레싱 가장자리(12)들에 의해 한정된 원의 크기를 초과하기 때문에, 연결 지점(9)의, 특히 가능한 산화물층 표면은 회로 기판 상에서의 압입 접촉시의 상황과 유사하게, 연결 요소(6)의 압입 동안 벗겨지며, 이러한 것은 전류의 전달을 개선한다.
삼각형의 모서리 상의 원형 세그먼트들에 의해 형성되는 윤곽(8)의 형상화는 점선으로 도시된 삼각형에 의해 다시 한번 도 2b에 도시된다. 즉, 윤곽(8)은 또한 삼각형의, 또는 대체로 또한 다각형의 모서리들에 배열된 다수의 원호 섹션들로 만들어진 것으로서 설명될 수 있다.
도 3은 도 2a 및 도 2b에 도시된 본 발명에 따른 센서 디바이스의 예시적인 실시예를 도시하며, 이러한 도면에서, 제2 연결 요소(6)는 대부분 평평한 형태이며 연결 지점(9)으로서 원통형 플랜지를 가지며, 원통형 플랜지의 외경은 구멍형 개구(7)의 최소 자유 지름보다 적어도 약간 크다. 구멍형 개구(7)의 윤곽은 단면도에서는 볼 수 없지만, 도 2 및 도 2a에 도시된 윤곽에 대응한다.
이러한 예시에서 이미 일어난 압입 공정 동안, 화살표들로 지시된 축 방향 힘(11) 및/또는 반경 방향 힘(10)은 사용된 방법에 따라 제2 연결 요소 상에서 작용한다. 예를 들어, 축 방향 힘이 스크루-너트 연결부를 조이는 것에 의해 부과되면, 이러한 것은 첫째로 연결 지점(9)이 3개의 프레싱 가장자리(12)로 인해 변형되는 경우이며, 둘째로 원주 위에서 보았을 때 변하는 반경 방향 힘(10)이 발생되는 것이다. 상기 반경 방향 힘은 프레싱 가장자리(12)에서 더 크고, 둥근 부분들에서 더 작다. 그러므로, 압입 공정에 요구되는 축 방향 힘(10)은 생산이라는 점에서 평균적으로 적당한 수준으로 유지된다.
변형은 원주를 따라서 적어도 약간의 형태 끼워맞춤을 일으키고, 이러한 것은 제2 연결 요소(6)의 회전을 방지한다. 반경 방향 힘(10)으로 인한 강제 끼워맞춤 연결은 연결 지점(9), 그러므로 제2 연결 요소(6)를 제1 연결 요소(5) 상에 고정한다.
반경 방향 힘(10)의 발생이 고정 작용에 중요하기 때문에, 상기 힘을 강화하는 추가의 조치(도시되지 않음)가 적절하다. 예를 들어, 나사가 원통형 플랜지의 내벽 상에 위치되는 것이 고려될 수 있으며, 반경 방향 힘(10)이 직접 도입되도록 특정의 특대형 스크루가 원통형 플랜지 내로 나사 결합된다. 여기에서, 다른 압입 방법에서와 같이, 반경 방향 힘(10)의 강화는 연결 지점(9) 및/또는 압입 방향으로 하향하여 테이퍼지는 구멍형 개구(7)의 원추 형상에 의해 가능하다. 자체 강화 또는 경사면의 이러한 원리는 연결 지점(9) 및 구멍형 개구(7)의 윤곽들이 동일한 방식으로 진행하면, 즉 상기된 변형의 형태가 일어나지 않으면 또한 이용될 수 있다.
도 1의 설명에서 언급된 볼트가 그 내부에 압입될 수 있도록 구멍형 개구(7)가 치수화되기 때문에, 이러한 예시적인 실시예는 접지 접촉 요소들의 모든 공통 접속기에 대해서 유연하게 사용될 수 있다.
제2 예시적인 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 제1 연결 요소(5)의 연결 지점(9)은 이러한 경우에 제2 연결 요소(6)를 지나서 돌출되도록 설계된다. 단부들은 제1 연결 요소(5)에 대해 가압된 반경 방향 칼라(14) 또는 리벳 칼라로서 형성된다. 추가의 특징들은 도 3과 관련하여 이미 설명되었으며, 이 시점에서 반복되지 않는다.
도 5는 제1 연결 요소(5)의 구멍형 개구(7)와 제2 연결 요소(6)의 연결 지점(9)이 원추형 또는 경사 형태인 제3 실시예를 도시한다. 그러므로, 축 방향 힘(11)은 힘이 부과되는 방식에 관계없이 제2 연결 요소(6)의 연결 지점(9)과 제1 연결 요소(5)의 구멍형 개구(7)의 서로 가압된 표면들에 비례하여 작용하거나, 또는 상기 힘은 경사력(oblique forces)(15)의 형태로 반경 방향 힘을 보조한다. 이러한 예시적인 실시예의 추가의 도시된 특징은 제1 및 제2 실시예의 특징에 대응하므로, 그 설명은 반복되지 않을 것이다.

Claims (15)

  1. 전류 흐름을 측정하기 위한 센서 디바이스(1)로서,
    - 상기 전류 흐름을 측정하기 위한 센서 요소(2),
    - 상기 센서 요소(2)를 전류 소스에 연결하기 위한 제1 접촉 요소(3), 및
    - 상기 센서 요소(2)를 접지에 연결하는, 접지 접촉 요소(4)로서, 제1 및 제2 전기 전도성 연결 요소(5, 6)를 포함하는, 상기 접지 접촉 요소(4)를 포함하되,
    상기 제1 연결 요소(5)는 구멍형 개구(7)를 가지며,
    상기 제2 연결 요소(6)는, 상기 제2 연결 요소(6)가 상기 제1 연결 요소(5)에 고정되도록 상기 제1 연결 요소(5)의 상기 구멍형 개구(7) 내로 가압될 수 있는 연결 지점(9)을 가지는, 센서 디바이스(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 연결 요소(5)의 상기 구멍형 개구(7) 및/또는 상기 제2 연결 요소(6)의 연결 지점(9)은 원형 윤곽(8)을 가지는, 센서 디바이스(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구멍형 개구(7)의 윤곽(8)은 서로 인접한 원형 세그먼트들에 의해 한정된 형상을 가지며, 상기 세그먼트들의 중앙 지점은 다각형의 모서리들에 놓이는, 센서 디바이스(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 연결 요소(6)의 연결 지점(9)은 탄성 또는 소성 변형 가능한 원통형 기본 형상을 가지는, 센서 디바이스(1).
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 연결 요소(6)의 연결 지점(9)은 상기 연결 지점(9)이 상기 제1 연결 요소(5)의 구멍형 개구(7)의 윤곽(8)의 형상을 전체적으로 또는 부분적으로 채택하는 것을 가능하게 하는 연성을 나타내는, 센서 디바이스(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍형 개구(7) 및/또는 상기 연결 지점(9)은 원추 형태인, 센서 디바이스(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 디바이스(1)는 배터리 센서 유닛인, 센서 디바이스(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압입 방향에 직각으로, 상기 연결 지점(9)의 최대 범위는, 적어도 상기 구멍형 개구(7)의 최소 범위에 대응하는, 센서 디바이스(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 연결 요소(6)의 연결 지점(9)은 중공 원통체로서 형성되는, 센서 디바이스(1).
  10. 제9항에 있어서, 상기 중공 원통체는 그 내측의 리벳 또는 압입 볼트에 의해 상기 제1 연결 요소(5)를 이용하여 간섭 끼워맞춤 연결을 형성하는, 센서 디바이스(1).
  11. 제9항에 있어서, 상기 중공 원통체는 암나사를 갖는, 센서 디바이스(1).
  12. 제11항에 있어서, 상기 접지 접촉 요소(4)는 상기 중공 원통체의 암나사로의 스크루 또는 스크루-너트 연결을 가지는, 센서 디바이스(1).
  13. 제9항에 있어서, 상기 중공 원통체는 시트 금속 플랜지로서 형성되는, 센서 디바이스(1).
  14. 제12항에 있어서, 상기 시트 금속 플랜지는 서로 가압하는 것에 적절한 변형을 허용하는 벽 두께를 갖고/갖거나 서로 가압하는 것을 위해 적절한 변형을 허용하는 슬롯들을 가지는, 센서 디바이스(1).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 연결 요소(6)의 연결 지점(9)은 상기 압입 방향으로 상기 제1 연결 요소(5)를 지나서 돌출하고, 그 돌출 영역에서 반경 방향 칼라(radial collar)(14)로서 형성되는, 센서 디바이스(1).
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